프레임 시프트 돌연변이 정의

프레임 시프트 돌연변이는 3 개 뉴클레오티드의 배수가 아닌 게놈의 삽입 또는 삭제입니다. 이들은 폴리펩티드의 코딩 서열에서 특이 적으로 발견되는 삽입-결실 (indel) 돌연변이의 하위 집합입니다. 여기서 코딩 서열에서 추가되거나 제거 된 뉴클레오티드의 수는 3의 배수가 아닙니다. 단일 뉴클레오티드의 추가 또는 제거와 같은 매우 단순한 돌연변이에서 발생할 수 있습니다.

프레임 시프트 돌연변이에는 뉴클레오티드가 다른 뉴클레오티드를 대체하는 치환이 포함되지 않습니다. 치환 돌연변이에서 폴리펩티드는 단일 아미노산에 의해서만 변경됩니다. 프레임 시프트 돌연변이는 또한 게놈의 비 암호화 또는 조절 영역에 인델을 포함하지 않습니다. 이러한 돌연변이는 단백질 조절이 변경 될 수 있지만 아미노산 서열에 직접적인 영향을 미치지 않기 때문입니다.

프레임 시프트 돌연변이의 효과

프레임 시프트 돌연변이는 단백질의 코딩 서열에 대한 가장 해로운 변화 중 하나입니다. 그들은 폴리펩티드 길이와 화학적 구성에 대한 대규모 변화로 이어질 가능성이 매우 높아서 세포의 생화학 적 과정을 종종 방해하는 비 기능적 단백질을 생성합니다. 프레임 이동 돌연변이는 mRNA 번역의 조기 종료와 확장 된 폴리펩티드의 형성으로 이어질 수 있습니다.

프레임 이동 돌연변이의 하류 아미노산 서열도 원래 서열과 화학적으로 구별 될 가능성이 높습니다. . 예를 들어, 일체형 막 횡단 단백질에서 프레임 이동 돌연변이가 발생하면 지질 이중층에 걸쳐있는 소수성 잔기의 스트레치를 크게 변경하여 단백질이 세포 하 위치에 존재하는 것을 불가능하게 만들 수 있습니다. 이러한 오류가 발생하면 세포는 종종 기능성 단백질의 부족을 인식하고 돌연변이 된 유전자의 발현을 상향 조절하여 보상하려고합니다. 이것은 심지어 세포의 번역 기계를 압도 할 수 있으며, 결국 세포 사멸의 모든 기능을 대규모로 손상시킬 수있는 많은 수의 잘못 접힌 단백질을 초래할 수 있습니다.

유전자의 프레임 이동 돌연변이로 인한 질병 크론 병, 낭포 성 섬유증 및 일부 형태의 암이 포함됩니다. 반면에 일부 단백질이 기능 장애가 발생하면 프레임 이동 돌연변이를 포함하는 케모카인 수용체 유전자 (CCR5)를 가진 사람들의 HIV에 대한 내성에서 볼 수 있듯이 보호 효과를 가질 수 있습니다.

프레임 시프트 돌연변이는 일반적으로 모든 세포의 유전 물질에 대한 변화이므로 치료법을 찾기는 드뭅니다. 대부분의 개입은 완화 적입니다.

유전 코드

프레임 시프트 돌연변이가 존재하는 핵심 이유는 삼중 항 기반 유전자 코드를 통해 유전 정보를 아미노산 서열로 변환하는 신체의 메커니즘입니다. . 즉, mRNA에있는 세 개의 뉴클레오티드 세트는 모두 아미노산 또는 번역을 중단하라는 지시를 나타냅니다.

유전 코드의 발견

유전자 전달에 대한 멘델의 초기 실험 형질은 유전 정보를 전달하는 별개의 물리적, 화학적 실체를 가리 켰습니다. 세포의 대량 생화학 적 분석을 기반으로 탄수화물, 지방, 단백질 및 핵산의 네 가지 주요 성분이 검출되었습니다. 이러한 구성 요소는 모두 유전 물질을 나타낼 수 있습니다.

게놈의 화학적 특성에 대한 초기 조사에서는 20 개의 아미노산이 포함 된 단백질이 멘델의 인자 나 유전자를 가지고있을 가능성이 가장 높다는 가설을 세웠습니다. 그러나 이후의 실험은 핵산이 유전 정보의 운반자임을 나타냅니다. 이것은 흥미로운 어려움을 제시했습니다. 핵산이 4 개의 서로 다른 뉴클레오티드로 구성된 폴리머로 화학적으로 분석되었지만 신체의 눈부신 다양한 형태와 기능에 대한 정보가 단 4 개의 뉴클레오티드에서 어떻게 발생할 수 있는지는 명확하지 않았습니다.

Triplet Codon

조금 후에 분자 생물학의 중심 교리에 따르면 대부분의 유기체는 DNA와 단백질 사이의 중간체로 RNA를 사용했습니다. 이것은 4 개의 염기가 20 개의 아미노산을 암호화하는 정보를 어떻게 전달할 수 있는지에 대한 다음 질문을 제기했습니다. 모든 뉴클레오타이드가 단일 아미노산으로 코딩되면 4 개의 아미노산 만 안정적이고 재현 가능하게 코딩 될 수 있습니다. 두 개의 뉴클레오타이드가 하나의 아미노산을 암호화하더라도 여전히 16 개의 아미노산으로 이어질 것입니다. 따라서 20 개 아미노산을 코딩하려면 최소 3 개의 뉴클레오티드가 필요했습니다.

트리플렛의 각 위치가 4 개 뉴클레오티드 중 하나가 될 수있는 뉴클레오티드 삼중 체에서 64 개의 순열이 가능합니다. 이 뉴클레오티드 삼중 체는 코돈으로 명명되었습니다. 이것은 또한 중복성에 대한 생각을 불러 일으켰습니다. 모든 아미노산은 하나 이상의 코돈 삼중 항으로 표현 될 수 있습니다.일부 실험에서는 코돈이 번역 기계에 의해 3 개 염기의 이산 덩어리로 ‘읽어졌다’는 것도 밝혀졌습니다. 즉, 리보솜은 이러한 코돈을 일련의 3 글자 단어처럼 ‘볼’수 있습니다. 예를 들어 RNA 분자에 AAAGGCAAG 서열이있는 경우 3 개의 코돈 AAG, GGC 및 AAG에서 최대 3 개의 아미노산을 코딩 할 수 있습니다.

Ribosome Translocation

리보솜은 각 아미노산이 성장하는 폴리펩티드 사슬에 부착 된 후 3 개의 염기만큼 앞으로 이동합니다. 리보솜이 움직이는 방식은 프레임 이동 돌연변이가 해롭고 단백질 기능에 불균형 한 영향을 미치는 중요한 이유입니다. 예를 들어, 리보솜이 매번 단일 염기에 의해서만 이동한다면, 9 개의 뉴클레오티드를 포함하는 이전 mRNA는 AAA, AAG, AGG, GGC, GCA, CAA 및 AAG로 판독되어 7 개의 아미노산을 가진 폴리펩티드를 생성 할 수 있습니다. 리보솜 전위가 한 번에 한 염기 만 이동하면 단일 뉴클레오티드를 삽입하면 아미노산 서열이 약간만 변경되고 폴리 뉴클레오티드 길이는 전혀 변경되지 않을 수 있습니다.

리딩 프레임

이전 예에서 폴리 뉴클레오타이드 사슬은 최대 3 개의 아미노산을 코딩 할 수 있습니다. 그러나 상류 영역에 따라 스트레치 캔은 2 개의 아미노산 만 생성합니다. 즉, 리보솜이 처음에 AAA 대신 AAG 또는 AGG와 정렬되면 뉴클레오티드 중합체는 다른 방식으로 읽 힙니다. 이렇게하면 번역 시작 부위의 위치에 따라 모든 코딩 서열을 3 가지 다른 방식으로 읽을 수 있습니다. 대부분의 DNA는 상보적인 이중 가닥으로 구성되어 있기 때문에 총 6 개의 서로 다른 ‘판독 프레임’으로 이어지며, 그중 하나만 최종 단백질에 대한 올바른 아미노산 서열을 생성합니다.

그러나 거기에있을 때 인델 변이이고, 변이의 하류에있는 판독 프레임에 변화가 있습니다. 그 결과 프레임 시프트 돌연변이가 발생합니다.

프레임 시프트 돌연변이의 예

위 이미지는 뉴클레오타이드를 보여줍니다. 및 야생형 단백질의 아미노산 서열뿐만 아니라 뉴클레오티드 삽입의 결과로 인해 잘못된 아미노산이 혼입되고 폴리펩티드 합성에 대한 조기 말단이 발생합니다. 원래 mRNA는 AUG AAG UUU GGC AUA GUG CCG의 서열을 가지고 있지만, 아홉 번째 위치에 추가 우라실 잔기를 삽입하면 판독 프레임이 변경됩니다. 메티오닌으로 시작하여 프롤린까지 계속되는 7 개의 아미노산으로 구성된 폴리펩티드를 생성하는 대신, 4 개 아미노산 후에 끝나며, 잘못 통합 된 류신과 알라닌 잔기가 있습니다.

아래 이미지는 가능한 다양한 유형의 돌연변이를 보여줍니다. 아미노산 서열에 심각한 영향을 미칩니다. 패널 A는 2 개의 염기가 치환되어 조기 중지 코돈을 생성하여 단백질을 절단하는 것을 보여줍니다. 패널 B 및 D는 단일 뉴클레오티드의 삽입 또는 4 개 뉴클레오티드의 결실의 효과를 보여줍니다. 두 경우 모두 프레임 이동 돌연변이는 모든 다운 스트림 아미노산 서열을 변경합니다. 패널 C는 3 개 (또는 3 개의 배수) 뉴클레오타이드가 삽입되거나 결실되는 인델의 서브 세트입니다. 프레임 시프트 돌연변이가 없습니다. 이 특정 유형의 indel 돌연변이에서 돌연변이 된 뉴클레오티드의 수가 상당히 적습니다. 단백질 기능에도 매우 제한적인 영향을 미칠 수 있습니다.

• 리보솜의 A- 사이트 – 대부분 아미노산 잔기로 충전 된 들어오는 tRNA를받는 리보솜 부위. 펩타이드 결합은 A 사이트에서 형성됩니다.
• 방사성 표지 – 방사성 동위 원소 표지라고도하며 화학, 생화학 또는 세포 시스템을 통해 특정 분자의 움직임을 감지하는 데 사용되는 기술입니다. 방사성 동위 원소가있는 반응물의 원자.
• Stop Codons – 특히 번역의 끝을 알리는 mRNA의 뉴클레오티드 서열. UAA, UAG 및 UGA는 표준 정지 코돈입니다.
• 야생형 – 일반적으로 발견되는 균주, 유전자 또는 특성, 표현형의 원래 형태 인 것으로 인식됩니다.

퀴즈

1. 다음 중 프레임 시프트 돌연변이가 발생하는 것은 무엇입니까?
A. 3 개 뉴클레오티드 삽입
B. 18 개 뉴클레오티드의 삭제
C. 17 개 뉴클레오티드 삽입 D. 위의 모든

2. 단일 뉴클레오티드로 인한 프레임 이동 돌연변이가 어떻게 폴리펩티드의 길이를 크게 바꿀 수 있습니까?
A. 판독 프레임이 변경되면 번역 중지 사이트의 위치가 변경됩니다
B. 뉴클레오티드의 삽입 또는 결실은 아미노산 길이에 영향을 미칩니다
C. 리보솜 A- 사이트는 돌연변이 사이트
D를 넘어서 진행할 수 없습니다. 위의 모든

3. 왜 frameshift 돌연변이가 상대적으로 드문가요?
A. 중요한 단백질에서 프레임 이동 돌연변이는 생존 불가능한 임신을 초래할 수 있습니다
B. 그들은 특히 세포의 DNA 복구 메커니즘에 의해 빠르게 복구됩니다
C. DNA stretch
D에 뉴클레오티드를 삽입하거나 삭제하는 것은 어렵습니다. 위의 모든